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基于4G通信技术的煤矿无线通信系统研究

杨璨
摘要：全IP化4G技术支持下，4G无线通信技术得到了空前发展，煤矿开采施工的复杂性和危险性对无线通信系统提出了更高的要求。在4G通信技术支持下，煤矿安全生产管理系统能够逐渐完善自身信息化、自动化、智能化需求，并提升煤矿生产的安全性，为煤矿企业经济发展和社会经济效益带来极大帮助。鉴于此，本文主要分析探讨了4G通信技术的煤矿无线通信系统，以供参阅。
关键词：4G通信技术;煤矿;无线通信系统
智慧矿山是指基于完善的数字化矿山基础设施，有效集成先进的信息技术、通信技术、工业控制技术、矿山感知技术、自动化采矿技术及物联网技术，能够实现精准采集、综合接人、网络化传输、规范化集成、可视化展现、自动化操作和智能化服务，从而建立起集信息化、智能化、自动化于一体的矿山智能安全生产管理系统，可使各种危害因素始终处于可知、可见、可控、可管的状态下。作为智慧矿山系统的重要组成部分，矿用无线通信系统具有通信、调度、控制及信息采集等功能，可应用于矿山的生产调度、指挥和单位内部通信。
1无线通信技术应用于煤矿开采的重要意义
由于煤炭生产的施工环境比较复杂，井下人员较多，设备流动性也较大，在生产操作中，常常采用多工种联合流水作业的形式进行煤矿开采，这就要求需要大量的重型设备参与到煤矿生产中，无论是在设备运输中，还是在安裝、调试中，其都有较高的要求，若不注重煤炭井上井下的协同生产，则容易发生瓦斯爆炸等事故。然而，随着移动通信技术的发展，建立基于4G通信技术的无线移动通信系统，并将其应用于煤矿生产中，其不仅可以确保煤矿生产顺利进行，还可以完成紧急事故的处理，因此，煤矿4G无线通信移动系统的实现，具有十分重要的意义。
2基于4G信技术的煤矿无线通信系统
2.1无线移动通信系统架构
1）基于TD-LTE通信技术的系统架构。TD-TLE煤矿无线通信系统网络是由基站、接入网关、BRAS和核心网通信组成。其语音通信、数据传输和集群呼叫主要由核心网网元实现，实现模式则是通过IMS、EPS、DSS集群完成。2）建立基于TDLTE通信技术的基站通信系统。以FemtoPico基站为基础建立无线通信系统，不但能够扩大通信覆盖范围，还能以IPSEC方式，通过自身的传输网络统一接入到安全网关中，提升网络传输的安全性能。在基站通过提供WLANAP承载数据业务过程中，一般是以PDG为媒介直接接入网络传输数据业务，通过接入3GPP核心网来提升通话质量、数据传输的高效率，实现统一的业务活动。此外，还可以通过SmallCell基站的网管系统，形成上下层无线网络通信系统的对接。3）以IMS、EPC、DSS集群模式为基础的核心网。系统中的核心网主要用于用户连接、系统管理和网络承载，具体业务包括遥感业务、简单消息传递和监视控制等。TDLTE无线通信系统采用IMS+EPC+DSS集群构架的融合核心网系统ZXUNiEPC-5。ZXUNiEPC-5小型化产品集合了电信级EPC核心网的特性，使用5U插箱，集合MME、SGW、PGW、HSS等功能特性，为用户提供高速、安全可靠的通信传输。4）综合应用系统平台。综合应用系统平台是以多场景分布式高性能云计算框架结构为基础，通过各种业务数据的分析处理引擎等专用支持工具，对各数据进行高速、可靠、统一处理的平台。它具备灵活性、可裁剪、可适配等多种明显特点，综合应用系统平台可以实现统一的数据存储、应用接口支撑生产自动化管理、安全管理等多种功能，它在Wi-Fi网络以及LTE终端基础上，保障语音、视频和数据等各类业务的有效进行，为煤矿企业安全生产和数据处理提供技术支持。
2.2无线移动通信系统功能
2.2.1传统语音业务
传统语音业务包括移动电话、紧急呼叫、主叫号码识别显示业务等。移动电话为矿用通信系统用户提供了与系统内外其他用户进行语音通信的功能;紧急呼叫业务是指集群用户发起呼叫到就近的紧急呼叫中心，它是电信业务中的一种，类似于电话业务，但建立呼叫相对简单且快速;主叫号码识别显示即向被叫用户提供主叫用户号码。
2.2.2调度通信业务
调度系统是煤矿生产的重要通信手段，生产调度员通过利用调度功能来统筹调度所有资源，并对煤矿生产中各种突发状况进行处理，以保证煤矿生产顺利进行。调度功能主要包括生产进程管理、煤矿生产流程整合及资源分配等功能。
2.2.3集群通信业务
为了实现用户之间的通信，利用无线集群通信系统来实现自动化的信息共享功能，与公众无线移动通信相比，无线集群通信系统不仅可以提供系统内部的全呼、组呼之外，还可以提高双向通话功能，通过建立优先等级呼叫和紧急呼叫功能，以满足煤矿生产安全部门指挥调度的需求。
2.2.4增值数据业务
（1）提供视频通话。通过手机实时传送语音和图像，无线视频业务可在有线视频监控的盲区传递实时图像，便于井上人员判断、决策。（2）满足多种数据业务。高速分组无线数据业务可满足未来多种业务运行所需的高带宽需求。煤矿企业管理人员可以通过手机端定制软件接人内部系统，通过智能手机终端进行企业信息发布、移动办公、安全生产监测监控、视频监控、综合自动化系统监控等，可以实时监测煤矿的生产、安全等信息，操作界面友好，图像直观。综合自动化系统具有组态软件实时显示功能，异常情况下具有报警自动提示功能。（3）物联网接人。可提供井下3G无线采集终端、无线传感器、无线摄像头等接口，为井下物联网的建设提供终端接入。（4）手机终端定位。采用4G无线通信系统，不仅语音通话质量得到较大提高，利用4G通信平台，还可以开发出更多的应用模式。矿用无线通信系统手机终端定位就是利用作业人员携带的手机与井下基站之间的信号传输时间，通过精密的算法，得出作业人员在井下巷道的位置信息。地面人员可通过计算机动态了解井下人员的位置和分布，为矿井生产及安全提供实时信息。
3结束语
总而言之，建立基于4G无线通信技术的煤矿无线通信系统，利用TD-LTE无线通信技术来建立宽带无线网络，由于TD-LTE无线通信技术具有覆盖面积广、信号强、传输速率高的优点，将无线移动通信系统应用于煤矿生产中，不仅可以煤矿地面井下实时通信，也可以确保煤矿井下安全生产，因此，建立基于4G通信技术的煤矿无线移动通信系统具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]杨俊明.4G通信技术支持下煤矿无线通信系统的研究[J].中国新通信.2016（20）.
[2]朱赛虎.基于4G通信技术的煤矿无线通信系统研究[J].电子世界.2014（17）.
[3]王心刚.基于4G通信技术的煤矿无线通信系统研究[J].中州煤炭.2013（09）.
（作者单位：冀中能源峰峰集团有限公司新闻传媒通信中心）

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